Transparent and secure remote network storage system using an untrusted server

Työssä kehitettin läpinäkyvä Internet Small Computer Systems Interface-verkkolevyä (iSCSI) käyttävä varmistusjärjestelmä. Verkkolevyn sisältö suojattiin asiakaspään salauskerroksella (dm-crypt). Järjestely mahdollisti sen, että verkkolevylle tallennetut varmuuskopiot pysyivät luottamuksellisina, vaikka levypalvelinta tarjoava taho oli joko epäluotettava tai suorastaan vihamielinen. Järjestelmän hyötykäyttöä varten kehitettiin helppokäyttöinen prototyyppisovellus. Järjestelmän riskit ja haavoittuvuudet käytiin läpi ja analysoitiin. Järjestelmälle tehtiin myös karkea kryptoanalyysi sen teknistenominaisuuksien pohjalta. Suorituskykymittaukset tehtiin sekä salatulle että salaamattomalle iSCSI-liikenteelle. Näistä todettiin, että salauksen vaikutus suorituskykyyn oli häviävän pieni jopa 100 megabittiä sekunnissa siirtävillä verkkonopeuksilla. Lisäksi pohdittiin teknologian muita sovelluskohteita ja tulevia tutkimusalueita.

Physical Realization of an Optical Automatic Target Recognition System

In the modern warfare there is an active development of a new trend connected with a robotic warfare. One of the critical elements of robotics warfare systems is an automatic target recognition system, allowing to recognize objects, based on the data received from sensors. This work considers aspects of optical realization of such a system by means of NIR target scanning at fixed wavelengths. An algorithm was designed, an experimental setup was built and samples of various modern gear and apparel materials were tested. For pattern testing the samples of actively arm engaged armies camouflages were chosen. Tests were performed both in clear atmosphere and in the artificial extremely humid and hot atmosphere to simulate field conditions.

Probabilistic position and orientation estimation of rigid objects using an RGB-D sensor

The recent emergence of low-cost RGB-D sensors has brought new opportunities for robotics by providing affordable devices that can provide synchronized images with both color and depth information. In this thesis, recent work on pose estimation utilizing RGBD sensors is reviewed. Also, a pose recognition system for rigid objects using RGB-D data is implemented. The implementation uses half-edge primitives extracted from the RGB-D images for pose estimation. The system is based on the probabilistic object representation framework by Detry et al., which utilizes Nonparametric Belief Propagation for pose inference. Experiments are performed on household objects to evaluate the performance and robustness of the system.

Short-term Hydropower Planning System

The Thesis gives a decision support framework that has significant impact on the economic performance and viability of a hydropower company. The studyaddresses the short-term hydropower planning problem in the Nordic deregulated electricity market. The basics of the Nordic electricity market, trading mechanisms, hydropower system characteristics and production planning are presented in the Thesis. The related modelling theory and optimization methods are covered aswell. The Thesis provides a mixed integer linear programming model applied in asuccessive linearization method for optimal bidding and scheduling decisions inthe hydropower system operation within short-term horizon. A scenario based deterministic approach is exploited for modelling uncertainty in market price and inflow. The Thesis proposes a calibration framework to examine the physical accuracy and economic optimality of the decisions suggested by the model. A calibration example is provided with data from a real hydropower system using a commercial modelling application with the mixed integer linear programming solver CPLEX.

On Modelling, System Identification and Control of Servo-Systems with a Flexible Load

The present study was done with two different servo-systems. In the first system, a servo-hydraulic system was identified and then controlled by a fuzzy gainscheduling controller. The second servo-system, an electro-magnetic linear motor in suppressing the mechanical vibration and position tracking of a reference model are studied by using a neural network and an adaptive backstepping controller respectively. Followings are some descriptions of research methods. Electro Hydraulic Servo Systems (EHSS) are commonly used in industry. These kinds of systems are nonlinearin nature and their dynamic equations have several unknown parameters.System identification is a prerequisite to analysis of a dynamic system. One of the most promising novel evolutionary algorithms is the Differential Evolution (DE) for solving global optimization problems. In the study, the DE algorithm is proposed for handling nonlinear constraint functionswith boundary limits of variables to find the best parameters of a servo-hydraulic system with flexible load. The DE guarantees fast speed convergence and accurate solutions regardless the initial conditions of parameters. The control of hydraulic servo-systems has been the focus ofintense research over the past decades. These kinds of systems are nonlinear in nature and generally difficult to control. Since changing system parameters using the same gains will cause overshoot or even loss of system stability. The highly non-linear behaviour of these devices makes them ideal subjects for applying different types of sophisticated controllers. The study is concerned with a second order model reference to positioning control of a flexible load servo-hydraulic system using fuzzy gainscheduling. In the present research, to compensate the lack of dampingin a hydraulic system, an acceleration feedback was used. To compare the results, a pcontroller with feed-forward acceleration and different gains in extension and retraction is used. The design procedure for the controller and experimental results are discussed. The results suggest that using the fuzzy gain-scheduling controller decrease the error of position reference tracking. The second part of research was done on a PermanentMagnet Linear Synchronous Motor (PMLSM). In this study, a recurrent neural network compensator for suppressing mechanical vibration in PMLSM with a flexible load is studied. The linear motor is controlled by a conventional PI velocity controller, and the vibration of the flexible mechanism is suppressed by using a hybrid recurrent neural network. The differential evolution strategy and Kalman filter method are used to avoid the local minimum problem, and estimate the states of system respectively. The proposed control method is firstly designed by using non-linear simulation model built in Matlab Simulink and then implemented in practical test rig. The proposed method works satisfactorily and suppresses the vibration successfully. In the last part of research, a nonlinear load control method is developed and implemented for a PMLSM with a flexible load. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired position reference as fast as possible and without awkward oscillation. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm whose stability is ensured by the Lyapunov stability theorem. The states of the system needed in the controller are estimated by using the Kalman filter. The proposed controller is implemented and tested in a linear motor test drive and responses are presented.

ÄÄNEEN PERUSTUVA KÄYTTÄJÄN TODENTAMINEN PUHELINVERKON LISÄARVOPALVELUISSA

Tässä diplomityössä perehdytään puhujantunnistukseen ja sen käyttökelpoisuuteen käyttäjän henkilöllisyyden todentamisessa osana puhelinverkon lisäarvopalveluja. Puhelimitse ohjattavat palvelut ovat yleensä perustuneet puhelimen näppäimillä lähetettäviin äänitaajuusvalintoihin. Käyttäjän henkilöllisyydestä on voitu varmistua esimerkiksi käyttäjätunnuksen ja salaisen tunnusluvun perusteella. Tulevaisuudessa palvelut voivat perustua puheentunnistukseen, jolloin myös käyttäjän todentaminen äänen perusteella vaikuttaa järkevältä. Työssä esitellään aluksi erilaisia biometrisiä tunnistamismenetelmiä. Työssä perehdytään tarkemmin äänen perusteella tapahtuvaan puhujan todentamiseen. Työn käytännön osuudessa toteutettiin puhelinverkon palveluihin soveltuva puhujantodennussovelluksen prototyyppi. Työn tarkoituksena oli selvittää teknologian käyttömahdollisuuksia sekä kerätä kokemusta puhujantodennuspalvelun toteuttamisesta tulevaisuutta silmällä pitäen. Prototyypin toteutuksessa ohjelmointikielenä käytettiin Javaa.

Design of RFID-system for industrial after-sale service

RFID-tekniikka on radiotaajuudella toimivaa etätunnistusta, jossa hyödynnetään RFID-tunnisteiksi kutsuttuja tageja, sekä RFID-lukijoita. RFID-tekniikan käyttökohteet ovat erittäin laajat. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan RFID-tekniikan hyödyntämismahdollisuuksia teollisuuden huoltopalvelusuhteessa. Työ keskittyy huollettavien laitteiden etätunnistamiseen mobiileja RFID-lukijoita hyödyntäen. Laitteiden tiedot noudetaan olemassa olevasta tietokannasta web-käyttöliittymän kautta. Koska laitteet koostuvat pääosin metallista, joudutaan tunnistetyyppien valintaa pohtimaan tarkasti. Metallipinnat sekä nesteet vaikuttavat erittäin negatiivisesti useiden tunnisteiden lukuetäisyyteen. Työssä keskitytään vaadittavan järjestelmän suunnittelemiseen aikaisempia tutkimuksia hyödyntäen, mutta itse järjestelmän toteutus ei kuulu tähän kandidaatintyöhön. Lopussa järjestelmän alustava suunnitelma esitellään.

Automatic recognition of fish from video sequences

The problem of automatic recognition of the fish from the video sequences is discussed in this Master’s Thesis. This is a very urgent issue for many organizations engaged in fish farming in Finland and Russia because the process of automation control and counting of individual species is turning point in the industry. The difficulties and the specific features of the problem have been identified in order to find a solution and propose some recommendations for the components of the automated fish recognition system. Methods such as background subtraction, Kalman filtering and Viola-Jones method were implemented during this work for detection, tracking and estimation of fish parameters. Both the results of the experiments and the choice of the appropriate methods strongly depend on the quality and the type of a video which is used as an input data. Practical experiments have demonstrated that not all methods can produce good results for real data, whereas on synthetic data they operate satisfactorily.

Sensor communication in Smart cities and regions: An efficient IoT-based remote health monitoring system

Recent advances in Information and Communication Technology (ICT), especially those related to the Internet of Things (IoT), are facilitating smart regions. Among many services that a smart region can offer, remote health monitoring is a typical application of IoT paradigm. It offers the ability to continuously monitor and collect health-related data from a person, and transmit the data to a remote entity (for example, a healthcare service provider) for further processing and knowledge extraction. An IoT-based remote health monitoring system can be beneficial in rural areas belonging to the smart region where people have limited access to regular healthcare services. The same system can be beneficial in urban areas where hospitals can be overcrowded and where it may take substantial time to avail healthcare. However, this system may generate a large amount of data. In order to realize an efficient IoT-based remote health monitoring system, it is imperative to study the network communication needs of such a system; in particular the bandwidth requirements and the volume of generated data. The thesis studies a commercial product for remote health monitoring in Skellefteå, Sweden. Based on the results obtained via the commercial product, the thesis identified the key network-related requirements of a typical remote health monitoring system in terms of real-time event update, bandwidth requirements and data generation. Furthermore, the thesis has proposed an architecture called IReHMo - an IoT-based remote health monitoring architecture. This architecture allows users to incorporate several types of IoT devices to extend the sensing capabilities of the system. Using IReHMo, several IoT communication protocols such as HTTP, MQTT and CoAP has been evaluated and compared against each other. Results showed that CoAP is the most efficient protocol to transmit small size healthcare data to the remote servers. The combination of IReHMo and CoAP significantly reduced the required bandwidth as well as the volume of generated data (up to 56 percent) compared to the commercial product. Finally, the thesis conducted a scalability analysis, to determine the feasibility of deploying the combination of IReHMo and CoAP in large numbers in regions in north Sweden.

Fabrication and Pseudo-Analog Characteristics of Ta2O5 -Based ReRAM Cell

Memristori on yksi elektroniikan peruskomponenteista vastuksen, kondensaattorin ja kelan lisäksi. Se on passiivinen komponentti, jonka teorian kehitti Leon Chua vuonna 1971. Kesti kuitenkin yli kolmekymmentä vuotta ennen kuin teoria pystyttiin yhdistämään kokeellisiin tuloksiin. Vuonna 2008 Hewlett Packard julkaisi artikkelin, jossa he väittivät valmistaneensa ensimmäisen toimivan memristorin. Memristori eli muistivastus on resistiivinen komponentti, jonka vastusarvoa pystytään muuttamaan. Nimens mukaisesti memristori kykenee myös säilyttämään vastusarvonsa ilman jatkuvaa virtaa ja jännitettä. Tyypillisesti memristorilla on vähintään kaksi vastusarvoa, joista kumpikin pystytään valitsemaan syöttämällä komponentille jännitettä tai virtaa. Tämän vuoksi memristoreita kutsutaankin usein resistiivisiksi kytkimiksi. Resistiivisiä kytkimiä tutkitaan nykyään paljon erityisesti niiden mahdollistaman muistiteknologian takia. Resistiivisistä kytkimistä rakennettua muistia kutsutaan ReRAM-muistiksi (lyhenne sanoista resistive random access memory). ReRAM-muisti on Flash-muistin tapaan haihtumaton muisti, jota voidaan sähköisesti ohjelmoida tai tyhjentää. Flash-muistia käytetään tällä hetkellä esimerkiksi muistitikuissa. ReRAM-muisti mahdollistaa kuitenkin nopeamman ja vähävirtaiseman toiminnan Flashiin verrattuna, joten se on tulevaisuudessa varteenotettava kilpailija markkinoilla. ReRAM-muisti mahdollistaa myös useammin bitin tallentamisen yhteen muistisoluun binäärisen (”0” tai ”1”) toiminnan sijaan. Tyypillisesti ReRAM-muistisolulla on kaksi rajoittavaa vastusarvoa, mutta näiden kahden tilan välille pystytään mahdollisesti ohjelmoimaan useampia tiloja. Muistisoluja voidaan kutsua analogisiksi, jos tilojen määrää ei ole rajoitettu. Analogisilla muistisoluilla olisi mahdollista rakentaa tehokkaasti esimerkiksi neuroverkkoja. Neuroverkoilla pyritään mallintamaan aivojen toimintaa ja suorittamaan tehtäviä, jotka ovat tyypillisesti vaikeita perinteisille tietokoneohjelmille. Neuroverkkoja käytetään esimerkiksi puheentunnistuksessa tai tekoälytoteutuksissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan Ta2O5 -perustuvan ReRAM-muistisolun analogista toimintaa pitäen mielessä soveltuvuus neuroverkkoihin. ReRAM-muistisolun valmistus ja mittaustulokset käydään läpi. Muistisolun toiminta on harvoin täysin analogista, koska kahden rajoittavan vastusarvon välillä on usein rajattu määrä tiloja. Tämän vuoksi toimintaa kutsutaan pseudoanalogiseksi. Mittaustulokset osoittavat, että yksittäinen ReRAM-muistisolu kykenee binääriseen toimintaan hyvin. Joiltain osin yksittäinen solu kykenee tallentamaan useampia tiloja, mutta vastusarvoissa on peräkkäisten ohjelmointisyklien välillä suurta vaihtelevuutta, joka hankaloittaa tulkintaa. Valmistettu ReRAM-muistisolu ei sellaisenaan kykene toimimaan pseudoanalogisena muistina, vaan se vaati rinnalleen virtaa rajoittavan komponentin. Myös valmistusprosessin kehittäminen vähentäisi yksittäisen solun toiminnassa esiintyvää varianssia, jolloin sen toiminta muistuttaisi enemmän pseudoanalogista muistia.

Harmonization ofsignificant environmental aspects and their risk assessment in UPM paper and pulp mills

Työn tavoite onharmonisoida yhtenäiset rakenteet UPM:n paperi- ja sellutehtaiden merkittävilleympäristönäkökohdille sekä niiden ympäristöriskienhallintajärjestelmille. Näin saavutetaan yhteneväiset tavoitteet ja analysointikeinot yrityksen yksiköille. Harmonisointiprosessi on osa koko yrityksen ympäristöhallintajärjestelmän kehittämistä. Ja konsernin EMS -prosessi puolestaan konvergoi konsernin integroidun johtamisjärjestelmän kehitystä. Lisäksi työn tapaustutkimuksessa selvitettiin riskienhallintajärjestelmien integroitumispotentiaalia. Sen avulla saavutettaisiin paremmin suuren yrityksen synergia-etuja ja vuorovaikutteisuutta toimijoiden kesken, sekä parannettaisiin riskienhallintajärjestelmän mukautuvuutta ja käytettävyyttä. Työssä käsitellään kolmea esimerkkiä, joiden pohjalta tehdään esitys harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä riskienhallintajärjestelmien parametreille. Tutkimusongelmaa lähestytään haastattelujen, kirjallisuuden, yrityksen PWC:llä teettämän selvityksen sekä omien päätelmien avulla. Lisäksi työssä esitetään ympäristöhallintajärjestelmän tehokkuuden todentaminen ympäristösuorituskyvyn muuttujiin suhteutettuna. Pohjana jatkuvan kehityksen päämäärälle on organisaatio-oppiminen, niin yksittäisen työntekijän, tiimien kuin eri yksiköiden kesken. Se antaa sysäyksen aineettoman omaisuuden, kuten ympäristö-osaamisen, hyödyntämiseen parhaalla mahdollisella tavalla. Tärkeimpinä lopputuloksina työssä ovat ehdotukset harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä ympäristöriskienhallintajärjestelmän määritetyille komponenteille. Niitä ovat määritelmät ja skaalat riskien todennäköisyydelle, seurauksille sekä riskiluokille. Työn viimeisenä osana luodaan pohja tapaustutkimuksen avulla Rauman tehtaan jätevedenpuhdistamon kahden erilaisen riskienhallintajärjestelmän integroitumiselle.

Teknologiat ja toteutustavat palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvassa Internet-pohjaisessajärjestelmässä

Palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvia järjestelmiä voidaan kehittää käyttämällä useita vaihtoehtoisia teknologioita. Toteuttamiseen parhaiten soveltuvia teknologioita ovat erilaiset standardikokoelmat, jotka tukevat useiden toisistaan toteutustavaltaan poikkeavien järjestelmien yhdistämistä käyttämällä standardeihin perustuvia rajapintoja. Täten kyseiset kokoelmat tukevat laajojen, useista erillisistä osista koostuvien palvelujärjestelmien kehittämistä. Tässä työssä selvitetään mikä palvelukeskeinen arkkitehtuuri on sekä millaisia komponentteja ja teknologioita kyseiseen arkkitehtuuriin perustuvan palvelujärjestelmän toteuttamiseen tarvitaan. Tavoitteena on esitellä palvelukeskeinen arkkitehtuuri ja siihen liittyvät teknologiat sekä suunnitella korkealla tasolla kyseisiä teknologioita hyödyntävä integraatioalusta käyttäjien ja useiden palvelun tarjoajien yhdistämiseksi. Työn tuloksena syntyvän teknologiaselvitysraportin selvitysluonteen vuoksi työssä ei suunnitella tarkasti toteutettavaa järjestelmää vaan ainoastaanpohjustetaan järjestelmän suunnittelua sekä esitellään siihen liittyviä arkkitehtuuri- ja toteutusmahdollisuuksia. Internet-pohjainen palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuva järjestelmä voi perustua suoriinverkon välisiin yhteyksiin tai vaihtoehtoisesti erityyppisiin välitason sovelluksiin. Välitason sovellukset mahdollistavat niiden tyypistä riippuen järjestelmän erilaisten lisäominaisuuksien toteuttamisen ja tukevat useita yleisimpiä palvelukeskeisiä teknologioita. Työn tuloksena syntyneen teknologiaselvityksen perusteella näistä teknologioista Web-palvelu -arkkitehtuuri ja siihen liittyvät menetelmät soveltuvat parhaiten suunniteltavan järjestelmän rakenneosiksi. Järjestelmän tarkemmat toteutustavat riippuvat myöhemmin määriteltävistä yksityiskohtaisista vaatimuksista sekä valittavasta välitason ohjelmiston toteutuksesta.

Similarity measure based classification

Luokittelujärjestelmää suunniteltaessa tarkoituksena on rakentaa systeemi, joka pystyy ratkaisemaan mahdollisimman tarkasti tutkittavan ongelma-alueen. Hahmontunnistuksessa tunnistusjärjestelmän ydin on luokitin. Luokittelun sovellusaluekenttä on varsin laaja. Luokitinta tarvitaan mm. hahmontunnistusjärjestelmissä, joista kuvankäsittely toimii hyvänä esimerkkinä. Myös lääketieteen parissa tarkkaa luokittelua tarvitaan paljon. Esimerkiksi potilaan oireiden diagnosointiin tarvitaan luokitin, joka pystyy mittaustuloksista päättelemään mahdollisimman tarkasti, onko potilaalla kyseinen oire vai ei. Väitöskirjassa on tehty similaarisuusmittoihin perustuva luokitin ja sen toimintaa on tarkasteltu mm. lääketieteen paristatulevilla data-aineistoilla, joissa luokittelutehtävänä on tunnistaa potilaan oireen laatu. Väitöskirjassa esitetyn luokittimen etuna on sen yksinkertainen rakenne, josta johtuen se on helppo tehdä sekä ymmärtää. Toinen etu on luokittimentarkkuus. Luokitin saadaan luokittelemaan useita eri ongelmia hyvin tarkasti. Tämä on tärkeää varsinkin lääketieteen parissa, missä jo pieni tarkkuuden parannus luokittelutuloksessa on erittäin tärkeää. Väitöskirjassa ontutkittu useita eri mittoja, joilla voidaan mitata samankaltaisuutta. Mitoille löytyy myös useita parametreja, joille voidaan etsiä juuri kyseiseen luokitteluongelmaan sopivat arvot. Tämä parametrien optimointi ongelma-alueeseen sopivaksi voidaan suorittaa mm. evoluutionääri- algoritmeja käyttäen. Kyseisessä työssä tähän on käytetty geneettistä algoritmia ja differentiaali-evoluutioalgoritmia. Luokittimen etuna on sen joustavuus. Ongelma-alueelle on helppo vaihtaa similaarisuusmitta, jos kyseinen mitta ei ole sopiva tutkittavaan ongelma-alueeseen. Myös eri mittojen parametrien optimointi voi parantaa tuloksia huomattavasti. Kun käytetään eri esikäsittelymenetelmiä ennen luokittelua, tuloksia pystytään parantamaan.

Synteesikaasun liukoisuus ja aineensiirto fermentointiliuokseen

Työssä tutkittiin synteesikaasun komponenttien: hiilimonoksidin, vedyn ja hiilidioksidin liukoisuutta ja aineensiirtonopeutta fermentointiliuokseen. Kirjallisuusosassa käsitellään kaasujen liukoisuuksiin ja kaasu-nesteaineensiirtoon vaikuttavia tekijöitä ja esitellään korrelaatioita, jotka on kehitetty volumetrisen aineensiirtokertoimen ennustamiseen sekoitetussa fermentorissa. Kirjallisuus-osassa esitetään myös synteesikaasun komponenttien liukoisuudet veteen, etanoliin ja etikkahappoon 37 ºC lämpötilassa ja esitellään Flowbat-simulointiohjelman MHV2-mallin käyttöä kaasu-neste tasapainojen mallin-nuksessa. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin synteesikaasun komponenttien liukoisuuksia veteen ja kasvatusalustaan sekä kehitettiin mittausmenetelmä kaasu-neste tasapainojen mittaukseen. Tasapainomittauksissa tutkittiin etanolin ja etikkahapon konsentraatioiden vaikutusta synteesikaasun liukoisuuteen. Lisäksi mallinnettiin kaasu-neste tasapainoja monikomponenttisysteemeissä MHV2-mallin avulla. Kokeellisen osan aineensiirtomittauksissa tutkittiin sekoitusnopeuden ja kaasun volumetrisen syöttönopeuden vaikutusta hiilimonoksidin ja vedyn volumetriseen aineensiirtokertoimeen kLa kahden litran tilavuuksisessa laboratoriofermentorissa. Mittaustulosten perusteella kasvatusalustan komponentit vaikuttavat merkittävästi hiilidioksidin liukoisuuteen. Lisäys etanolin ja etikkahapon konsentraatioissa parantaa hiilimonoksidin liukoisuutta kasvatusalustaan. Kaasun volumetrinen syöttönopeus ja sekoitusnopeus vaikuttavat voimakkaasti volumetrisen aineensiirtokertoimen arvoon. Tutkitussa systeemissä korkein teoreettinen solutiheys, joka voitiin saavuttaa suurimmalla hiilimonoksidin aineensiirto-nopeudella, oli 3 g/L. Tämä on kaksinkertainen verrattuna aiemmissa VTT:n kokeissa saavutettuihin solutiheyksiin.